[发明专利]一种基于LSV光电化学法在BiVO4

说明书

本发明公开一种基于LSV光电化学法在BiVO₄电极表面产生氧空位的表面态钝化方法及其应用。在模拟太阳光条件下，以BiVO₄电极作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极组成三电极体系，将三电极体系置于电解质溶液中，通过电化学工作站对BiVO₄电极在电压范围为‑0.6～0.8V vs.Ag/AgCl下进行连续的线性扫描伏安处理，直到光电流密度达到最大值，得到表面产生氧空位的BiVO₄电极L‑BVO。经过本发明处理过程使裸BiVO₄电极表面的氧空位密度明显增加，而形成表面氧空位可以显著钝化表面电子俘获态，减少费米能级钉扎效应的影响，并且增强电极的电导率。

技术领域

本发明属于新能源开发技术领域，具体涉及一种基于LSV光电化学测试过程中在BiVO₄电极表面产生氧空位的表面态钝化方法及其应用。

背景技术

在各种理论太阳能-氢能(STH)转换效率较高的半导体材料中，BiVO₄因其窄带隙(约2.4eV)和有利的带边位置而成为目前最有前景的水氧化光阳极。但实际上STH转换效率仍远低于其理论值(9.3％)。尽管如此，仍有一些致命的缺点需要解决，如四电子过程缓慢的水氧化动力学，快速的表面/体相电荷复合，导致载流子传输效率差，空穴扩散长度短(小于70nm)。光阳极的性能取决于光吸收效率和载流子传输效率。光照时，只有到达光阳极表面的光生空穴才能参与水的氧化反应。因此，通过一些手段促进BiVO₄半导体中载流子的转移是提高PEC水氧化效率的关键。半导体表面周期结构终止的差异，使得光阳极表面的电子结构相当复杂，特别是对于BiVO₄等三元氧化物半导体光阳极。BiVO₄表面的终止方式有多种，如Bi-O、V-O或氧空位等。这些表面态直接暴露在电解液中，直接影响光阳极与电解液之间的电荷分离和界面电荷转移。而增加光阳极表面氧空位密度是一个钝化表面态的有效方法。增加电极表面氧空位含量不仅能够有效钝化表面陷阱态减少费米能级的钉扎效应，还能增加光电极的电导率，提高光生载流子的分离效率，从而改善光阳极的水氧化性能。

近年来研究开发了许多改变BiVO₄光阳极表面态组成的表面处理方法。例如，Wang等报道了电化学处理的BiVO₄光阳极，Gong等报道了光蚀刻方法处理BiVO₄光阳极。在这些研究中，性能的提高与Bi³⁺和V⁵⁺离子的部分还原有系统的关联，这促使电极表面产生了更高的氧空位密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LSV光电化学测试过程中在BiVO₄电极表面产生氧空位的表面态钝化方法。本发明通过在光电化学测试过程中对BiVO₄电极表面进行处理，使BiVO₄电极表面成分发生变化，表面氧空位的含量有着明显的提升，而形成表面氧空位可以显著钝化表面电子俘获态，并且增强电极的电导率。

本发明采用的技术方案是：一种基于LSV光电化学法在BiVO₄电极表面产生氧空位的表面态钝化方法，包括如下步骤：在模拟太阳光条件下，以BiVO₄电极作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极组成三电极体系，将三电极体系置于电解质溶液中，通过电化学工作站对BiVO₄电极在电压范围为-0.6～0.8V vs.Ag/AgCl下进行连续的线性扫描伏安处理，直到光电流密度达到最大值，得到表面产生氧空位的BiVO₄电极(L-BVO电极)。